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2023-08-16
Materie prime a semiconduttore di chiave sotto i controlli delle esportazioni
Il 1° agosto 2023, il Ministero del commercio e l'amministrazione generale delle abitudini della Cina hanno implementato ufficialmente i controlli delle esportazioni sulle materie prime gallio e germanio a semiconduttore. Ci sono varie opinioni nell'industria per quanto riguarda questo movimento e molta gente crede che sia in risposta al controllo migliorato olandese del ASML sull'esportazione delle macchine della litografia. Ma nell'agosto 2022. Gli Stati Uniti hanno incluso l'ossido di grande purezza del gallio del materiale a semiconduttore nella sua lista di controllo delle esportazioni proibita in Cina. L'ufficio dell'industria e della sicurezza (Banca dei Regolamenti Internazionali) del ministero del commercio degli Stati Uniti inoltre ha annunciato l'inclusione dei materiali della quarta generazione a semiconduttore quali l'ossido ed il diamante del gallio, che possono resistere alle temperature elevate ed alle tensioni come pure il software di ECAD specificamente progettato per i chip a 3nm e sotto, nei nuovi controlli delle esportazioni.
A quel tempo, non c' era molta gente che presta attenzione a questo controllo delle esportazioni e non era fino un anno a più successivamente che la Cina ha incluso il gallio nella lista di controllo delle esportazioni che l'industria ha cominciato a prestare attenzione al materiale importante dei semiconduttori della quarta generazione - l'ossido del gallio. Il gallio ed il germanio sono materie prime chiave nell'industria a semiconduttore e le loro applicazioni riguardano la fabbricazione di in primo luogo ai semiconduttori della quarta generazione. Oggi, con la legge di Moore che affronta un impasse, i materiali a semiconduttore con le più grandi larghezze del bandgap, quale il diamante, l'ossido del gallio, AlN e BN, hanno il potenziale di trasformarsi nella forza motrice per la prossima generazione di tecnologia dell'informazione dovuto le loro proprietà fisiche eccellenti.
Per la Cina, è un periodo critico per lo sviluppo dei semiconduttori e le varie sanzioni dagli Stati Uniti hanno reso alla ricerca dei materiali rivoluzionari chiave quale l'ossido del gallio un vincolo chiave dell'innovazione. Malgrado le numerose sfide, se possiamo riuscire a questa rivoluzione di tecnologia dei semiconduttori, la Cina avrà il potenziale di saltare da una centrale elettrica fabbricante ad una centrale elettrica fabbricante, raggiungente una trasformazione vero senza precedenti in un secolo. Ciò è non solo una prova importante della forza tecnologica della Cina, ma anche un'opportunità importante montrare la capacità della Cina di affrontare le sfide tecnologiche globali.
Vantaggi oltre il carburo di silicio e l'ossido del gallio
L'ossido del gallio, un materiale della quarta generazione a semiconduttore, presenta i vantaggi quali la grande larghezza del bandgap (eV 4,8), l'alta intensità di campo critica di ripartizione (8MV/cm) e le buone caratteristiche della conduzione. L'ossido del gallio ha cinque ha confermato le forme di cristallo, fra cui lo più stabile è β- Ga2O3. La sua larghezza del bandgap è eV 4.8-4.9 e l'intensità di campo di ripartizione è alta quanto 8 MV/cm. La sua resistenza della conduzione è molto più bassa quella di sic e di GaN, notevolmente riducendo la perdita della conduzione del dispositivo. Il suo parametro caratteristico, il premio di Baliga (BFOM), è alto quanto 3400, circa 10 volte che di sic e 4 volte che di GaN.
Confrontato al carburo ed al nitruro di gallio di silicio, il processo di crescita dell'ossido del gallio può essere raggiunto facendo uso del metodo liquido della colata a pressione atmosferica, che risultati nell'alta qualità, nell'alto rendimento e nel basso costo. dovuto le loro propri caratteristiche, carburo di silicio e nitruro di gallio può essere prodotto soltanto con il metodo in fase gassosa, che richiede il mantenimento dell'ambiente di produzione ad alta temperatura ed il consumo della un gran numero energia. Ciò significa che l'ossido del gallio presenterà un vantaggio costato nella produzione e nella fabbricazione ed è adatta a produttori domestici da aumentare rapidamente la capacità di produzione.
In confronto al carburo di silicio, l'ossido del gallio sorpassa il carburo di silicio in quasi tutti i parametri di prestazione. Particolarmente con la sue grande larghezza del bandgap ed alta intensità di campo di ripartizione, presenta i vantaggi significativi nelle applicazioni ad alta potenza ed ad alta frequenza
Applicazioni specifiche e potenziale del mercato dell'ossido del gallio
Le prospettive dello sviluppo dell'ossido del gallio sono sempre più prominenti ed il mercato attualmente pricipalmente è monopolizzato da due giganti nel Giappone, da Novell Crystal Technology (NCT) e da Flosfia. NCT sta investendo in ricerca e sviluppo dell'ossido del gallio dal 2012, con successo attraversanti le tecnologie chiave multiple, compreso la tecnologia di cristallo ed epitassiale a 2 pollici dell'ossido del gallio come pure nella fabbricazione in serie dei materiali dell'ossido del gallio. La suoi efficienza e rendimento elevato ampiamente sono stati riconosciuti nell'industria. Ha prodotto in serie con successo i wafer a 4 pollici dell'ossido del gallio nel 2021 ed ha cominciato fornire i wafer del cliente, ancora una volta tenenti il Giappone avanti nella concorrenza di terza generazione a semiconduttore composto.
Secondo la previsione di NCT, il mercato per i wafer dell'ossido del gallio si svilupperà rapidamente nella decade prossima ed espanderà ad approssimativamente RMB 3,02 miliardo da ora al 2030. FLOSFIA predice che da ora al 2025, l'importanza del mercato dei dispositivi di potere dell'ossido del gallio comincerà a sorpassare che del nitruro di gallio, raggiungendo 1,542 miliardo dollari americani (circa 10 miliardo RMB) da ora al 2030, rappresentando 40% del carburo di silicio e di 1,56 volte che del nitruro di gallio. Secondo la previsione dell'economia di Fuji, l'importanza del mercato delle componenti di potere dell'ossido del gallio raggiungerà da ora al 2030 154,2 miliardo Yen (circa 9,276 miliardo yuan), sorpassando l'importanza del mercato delle componenti di potere del nitruro di gallio. Questa tendenza riflette il potenziale futuro e dell'importanza dell'ossido del gallio in apparecchi elettronici di potere.
L'ossido del gallio presenta i vantaggi significativi in determinati campi specifici dell'applicazione. Nel campo di elettronica di potenza, i dispositivi di potere dell'ossido del gallio parzialmente si sovrappongono con il carburo di silicio e del nitruro di gallio. Nel campo militare, pricipalmente sono utilizzati nei sistemi di controllo di potere quali le pistole elettromagnetiche ad alta potenza, carri armati, aerei da caccia e navi come pure le alimentazioni elettriche aerospaziali resistenti resistenti alle radiazioni ed ad alta temperatura. Il settore civile pricipalmente si applica nei campi quali le griglie di potere, la trazione elettrica, il photovoltaics, i veicoli elettrici, gli elettrodomestici, l'attrezzatura medica ed i prodotti elettronici di consumo.
Il nuovo mercato del veicolo di energia inoltre fornisce uno scenario enorme dell'applicazione per l'ossido del gallio. Tuttavia, in Cina, i dispositivi di potere al livello del veicolo sono stati sempre deboli e non c'è attualmente sic MOS IDM al livello del veicolo. Sebbene parecchie società Fabless che il contratto con XFab può rapidamente avere completo specifiche del MOS e dello SBD al mercato e le vendite ed il progresso di finanziamento sia relativamente regolari, in futuro, essi ancora debbano costruire il loro proprio FAVOLOSO per padroneggiare la capacità di produzione e sviluppare i processi unici, per generare i vantaggi competitivi differenziati.
Le stazioni di carico sono sensibile molto costato, che offre un'occasione dell'ossido del gallio. Se
Se l'ossido del gallio può soddisfare o persino superare i requisiti prestazionali mentre guadagna il riconoscimento del mercato con i vantaggi di costo, c'è una grande possibilità della sua applicazione in questo campo.
Nel mercato del dispositivo di rf, la capacità del mercato dell'ossido del gallio può riferirsi al mercato dei dispositivi epitassiali del nitruro di gallio del carburo di silicio. Il centro di nuovi veicoli di energia è l'invertitore, che ha requisiti molto alti delle specifiche di dispositivo. Attualmente, le società quale il semiconduttore dell'Italia, Hitachi, Ansemy e Rohm possono ammassare i prodotti e forniscono i MOSFETs automobilistici del grado sic. È preveduto che da ora al 2026, questo numero aumenti a $2,222 miliardo (circa 15 miliardo RMB), indicando che l'ossido del gallio ha le vasti prospettive dell'applicazione e potenziale del mercato nel mercato del dispositivo di rf.
Un'altra applicazione importante nel campo di elettronica di potenza è batterie 48V. Con l'uso molto diffuso delle batterie al litio, un più alto sistema di tensione può essere usato per sostituire il sistema di tensione 12V degli accumulatori al piombo, raggiungente gli scopi di alta efficienza, la perdita di peso ed il risparmio energetico. Questi sistemi di batteria al litio ampiamente useranno la tensione 48V e per le centrali elettriche elettroniche, la conversione del → 12V/5V di alto-efficienza 48V è richiesta. Prendendo il mercato del veicolo elettrico a ruote due come esempio, secondo i dati dal 2020, la produzione globale dei due veicoli a ruote elettrici in Cina era 48,34 milione unità, un aumento di anno in anno di 27,2% e la velocità di avanzamento delle batterie al litio ha superato 16%. Affrontato ad un tal mercato, i dispositivi a corrente forte ad alta tensione 100V quale l'ossido del gallio, GaN ed il silicio hanno basato i dispositivi di SG-MOS stanno mirando a questa applicazione e stanno facendo gli sforzi.
Nel campo industriale, presenta parecchi opportunità e vantaggi importanti, compreso la sostituzione unipolare di rendimento energetico bipolare e più alto, la facilità di fabbricazione in serie ed i requisiti dell'affidabilità. Queste caratteristiche preparano l'ossido del gallio potenzialmente svolgere un ruolo importante nelle applicazioni future di potere. A lungo termine, i dispositivi di potere dell'ossido del gallio si pensano che svolgano un ruolo nel mercato 650V/1200V/1700V/3300V e si pensano che completamente penetrino i giacimenti del materiale automobilistico ed elettrico dal 2025 al 2030. A breve termine, i dispositivi di potere dell'ossido del gallio in primo luogo compariranno nei campi quali prodotti elettronici di consumo, gli elettrodomestici e le alimentazioni elettriche industriali altamente affidabili ed ad alto rendimento. Queste caratteristiche possono condurre a concorrenza fra i materiali quale silicio (si), il carburo di silicio (sic) ed il nitruro di gallio (GaN).
L'autore ritiene che il fuoco di concorrenza per l'ossido del gallio nei prossimi anni sia sull'uso convenzionale dei dispositivi 650V sulla piattaforma 400V. La concorrenza in questo campo comprenderà i fattori multipli quali frequenza, perdita di energia, costo del chip, costo di sistema e l'affidabilità di commutazione. Tuttavia, con l'avanzamento della tecnologia, la piattaforma può essere migliorata a 800V, che richiederà l'uso dei dispositivi 1200V o 1700V, che è già un'area di vantaggio per sic e Ga2O3. In questa concorrenza, le partenze hanno l'opportunità di stabilire la consapevolezza dello scenario, il sistema di regolamento del veicolo e la mentalità del cliente con la comunicazione approfondita con i clienti, gettanti la base solida per l'applicazione degli invertitori ai clienti automobilistici di impresa.
In generale, l'ossido del gallio ha grande potenziale nel campo dei dispositivi di potere e può fare concorrenza ai materiali come sic e a GaN nei campi multipli per soddisfare le esigenze delle applicazioni ad alto rendimento quali alta efficienza, il consumo di energia basso, l'alta frequenza e la temperatura elevata. Tuttavia, la penetrazione di nuovi materiali nelle applicazioni quali gli invertitori ed i caricatori richiede tempo e richiede lo sviluppo continuo delle specifiche adatte per le applicazioni specifiche, promuovente li gradualmente al mercato.
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